Автору неизвестно, сколько именно европейских и североамериканских судовых врачей побывали в тропиках в сороковых годах XIX в.
, сколько врачей работало в многочисленных колониях, расположенных в жарких странах, но в одном автор убежден — много, вероятно, тысячи. И все они прекрасно знали, что венозная кровь человека, в умеренных широтах существенно отличающаяся по цвету от артериальной, в тропиках почти полностью теряет это отличие. И принимали это как факт. Только молодой немецкий врач Юлиус Роберт Майер, служивший судовым врачом в одной из голландских компаний, этого не знал. На стоянке в Батавии (нынешняя Джакарта) среди моряков вспыхнула эпидемия малярии. Чуть не от всех болезней лечили в те времена, «отворяя кровь». И вот, вскрыв вену первого из пациентов, доктор Майер увидел, что кровь слишком алая для венозной, он даже испугался, не перепутал ли он вену с артерией. Но ошибка слишком уж грубая даже для молодого врача. Вскоре он убедился, что у всех его пациентов цвет венозной крови изменился. В отличие от всех своих многочисленных коллег, Майер задал себе вопрос — «Почему?» и нашел на него ответ. «Разница в цвете крови является выражением размера потребления кислорода или силы процесса сгорания, происходящего в организме» в зависимости от разности «между собственным теплом и теплом окружающей среды».
Что означает эта несколько витиеватая фраза? Известно, что артериальная кровь обогащена кислородом, который, попадая в капилляры, расходуется, участвуя в обмене веществ в тканях (окисление, или «процесс сгорания» по Майеру). При «сгорании» выделяется некоторое количество теплоты, которая, по мысли Майера, расходуется организмом двояко: одна часть идет на совершение работы в самом широком смысле — это и ходьба, и поднятие тяжестей, и просто дыхание или глотание; а другая часть идет на поддержание разности температур между организмом и окружающей средой. Последнее требует некоторого пояснения. Температура тела человека и теплокровных животных изменяется в зависимости от состояния здоровья и вида деятельности в довольно узких пределах. Причем в умеренных и полярных широтах она примерно на 15-^20 °С выше температуры окружающей среды, а под окружающей средой в этом случае разумно понимать температуру довольно тонкой прослойки воздуха между нашим телом и одеждой. Для того, чтобы поддерживать эту разность температур, телу необходима некоторая энергия, источник тепла, так же, как батарея отопления поддерживается при температуре большей, чем температура воздуха в квартире за счет протекающей по ней горячей воды. В тропиках эта разность температур становится существенно меньше, чем в умеренных широтах, или даже меняет знак. А значит и кислорода «сгорает» меньше. В термодинамике этот закон носит название первого начала термодинамики и рассматривает соотношение между количеством теплоты, полученной телом, совершенной им работой и изменением его внутренней энергии. Оно применимо к любому макроскопическому телу или системе тел, другими словами, оно применимо всегда, когда есть смысл говорить о внутренней энергии системы. В случае элементарных частиц или полей говорить о первом начале термодинамики нет смысла, но закон сохранения энергии справедлив и для них.
Прежде чем записать первое начало термодинамики отметим, что работа и количество теплоты не являются видами энергии, они являются мерой изменения энергии в процессах работы и теплопередачи. И поскольку они являются мерой изменения энергии, то и измеряются в энергетических единицах.